操作系统课程Linux环境下使用C语言实现先来先服务调度算法共13页

 作业模拟调度实验 1 课程设计的目的 通过该题目的设计过程，可以初步掌握作业调度的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。了解UNIX的命令及使用格式，熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令，练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序，学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。 2 课程设计的开发语言 程序设计所选用的程序设计语言为C语言。 3 功能描述 先来先服务算法比较有利于长作业，而不利于短作业。 （1）短作业（SJF）的调度算法可以照顾到实际上在所有作业中占很大比例的短作业，使它能比长作业优先执行。SPF优先调度算法：是从就绪队列中选出一估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，使它立即执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时，再重新调度。为了和FCFS调度算法进行比较，我们利用FCFS算法中所使用的实例并改用SJ（P）F算法重新调度，再进行性能分析。采用SJF算法后，不论是平均周转时间还是平均带权周转时间都有较明显的改善，尤其是对短作业D，其周转时间由FCFS算法的11降为SJF算法中的3；而平均带权周转时间是从5.5降到1.5。这说明SJF调度算法能有效地降低作业的平均等待时间和提高系统的吐量。短作业优先调度算法对比先来先服务，不论是平均周转时间还是平均带权周转时间，都有较明显的改善，尤其是对短作业。该算法对长作业不利，而且未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业会被及时处理。 如作业C的周转时间由10增至16，带权周转时间由2增至3.1。更严重的是，如果有一长作业（进程）进入系统的后备队列（就绪队列），由于调度程序总是优先调度那些（即使是后进来的）短作业（进程），将致使长作业（进程）得不到调度。 （2）该算法完全未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业（进程），会得到及时处理； （3）由于作业（进程）的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定，而用户又可能会有意或无意地缩短其作业的估计执行时间，致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。 高响应比优先调度算法在批处理系统中，用作作业调度的短作业优先算法是一个比较好的算法。其主要缺点是作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权机制，并使以速率a增加，则长作业在等待一定的时间后，必须有机会分配到第 1 页

处理机。该优先权的变化可描述为： 优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间 由于等待时间加上要求服务时间，就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比Rp = 等待时间加要求服务时间/要求服务时间=响应时间/要求服务时间 由上式可以看出： （1）如果作业的等待时间相同，则要求服务的时间愈短，其优先权愈高，因而该算法有利于短作业； （2）当要求服务的时间相同时，作业的优先权决定于其等待时间，因而实现了先来先服务； （3）对于长作业，当其等待时间足够长时，其优先权便可升到很高，从而也可获得处理机。 该算法既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后顺序，也不会使作业长期得不到服务。因此，该算法实现了一种较好的折衷。当然，再利用该算法时，每要进行调度之前，都需先进行响应应比的计算，这会增加系统的开销。 4 方案论证 4.1 概要设计 假设在单道批处理环境下有四个作业JOB1、JOB2、JOB3、JOB4，已知它们进入系统的时间、估计运行时间。分别采用先来先服务（FCFS），最短作业优先（SJF）、响应比高者优先（HRN）的调度算法，计算出作业的平均周转时间和带权的平均周转时间 。 作业 i 的周转时间：Ti=Tci-Tsi 作业的平均周转时间：T= 作业i的带权周转时间：Wi=Ti/Tri 作业的平均带权周转时间：W= 先来先服务调度算法（FCFS）：每次调度都是从后备作业队列中，选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存，为它们分配资源、创建进程，然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时，这每次调度是从就绪队列中，选择一个最先进入该队列的进程，为之分配处理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件阻赛后，才放弃处理机。 短作业（进程）优先调度算法SJ（P）F，是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可分别用于作业调度和进程调度。该调度算法是从后备（就绪）队列中选择一个或若干第 2 页

个估计运行时间最短的作业（进程），将它们调度内存运行。 响应比高者优先（HRN）：每次从后备队列中选择一个或若干个估计响应比最高的作业，将它们调入内存运行。 响应比Rp=作业响应时间/运行时间 =作业等待时间+作业运行时间 =1+作业等待时间 每个作业由一个作业控制块JCB表示，JCB可以包含如下信息：作业名、提交时间、所需的运行时间、所需的资源、作业状态、链指针等等。 作业的状态可以是等待W(Wait)、运行R(Run)和完成F(Finish)三种状态之一。每个作业的最初状态总是等待W。 各个等待的作业按照提交时刻的先后次序排队，总是首先调度等待队列中队首的作业。 每个作业完成后要打印该作业的开始运行时刻、完成时刻、周转时间和带权周转时间，这一组作业完成后要计算并打印这组作业的平均周转时间、带权平均周转时间。 4.2 详细设计 4.2.1 程序设计过程中的部分算法 （1）用类C语言定义相关的数据类型 定义头文件： #include #include #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 定义结构体： struct worktime{ float Tb; //作业运行时刻 float Tc; //作业完成时刻 float Ti; //周转时间 float Wi; //带权周转时间 }; struct jcb { //定义作业控制块JCB char name[10]; //作业名 float subtime; //作业提交时间 float runtime; //作业所需的运行时间 第 3 页 char resource; //所需资源 float Rp; //后备作业响应比 char state; //作业状态 struct worktime wt; struct jcb* link; //链指针 }*jcb_ready=NULL,*j; （2）各模块伪码 void SJFget() // 获取队列中的最短作业 { JCB *front,*mintime,*rear; //定义JCB指针 int ipmove=0; mintime=jcb_ready; rear=mintime->link; while(rear!=NULL) if((rear!=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->runtime)>(rear->runtime)) { //队列不空时，给作业排队 front=mintime; mintime=rear; rear=rear->link; ipmove=1; } else rear=rear->link; if (ipmove==1){ //队首作业完成，后续作业重新排队 front->link=mintime->link; mintime->link=jcb_ready; } jcb_ready=mintime; } void HRNget() // 获取队列中的最高响应作业 { JCB *front,*mintime,*rear; int ipmove=0;//初始化 第 4 页

mintime=jcb_ready; rear=mintime->link; while(rear!=NULL) if ((rear!=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->Rp)<(rear->Rp)) { //队尾不空时，作业按运行时间排队 front=mintime; mintime=rear; rear=rear->link; ipmove=1; } else rear=rear->link; if (ipmove==1){ //队首作业完成，改变指针 front->link=mintime->link; mintime->link=jcb_ready; } jcb_ready=mintime; } 4.2.2 主程序流程图 : 计算并打印运行作业i的完成时刻Tc，周转时间Ti，带权周转时间Wi （完成时刻Tc=开始运行时刻+运行时间 周转时间Ti=完成时刻-提交时刻 带权周转时间Wi=周转时间÷运行时间） 第 5 页 调度队首的作业投入运行：（更改队首指针，使作业的状态为R，记住作业开始运行的时刻Tb等） 开 始 初始化所有的JCB 使JCB按作业提交的时刻的先后顺序排队 时间量 Ｔ：＝０ 计算并打印这组作业的平均周转时间及带权平均周转时间 队列为空 ? 更改时间量T的值 （T：=T+作业i的运行时间） 结 束 图1 调度算法流程图 图2 第 6 页

5 运行结果 图3 运行结果 6 心得体会 经过一周的努力，我的课程设计基本完成了，这次课程设计培养了我耐心、慎密、全面地考虑问题的能力，从而加快了问题解决的速度、提高了个人的工作效率，以及锻炼围绕问题在短时间内得以解决的顽强意志。 在编写程序的过程中，我的能力得到了提高，同时养成了科学、严谨的作风和习惯。为此我要感谢信息学院开设了这门操作系统课程设计，为我们提供了进一步学习算法、操作系统和巩固C语言程序计设这个平台并。同时还要感谢对同一题目进行攻关的同学们给予的帮助，没他们的帮助可能有很多问题我个人不能进行很好的解决。在此我对他们帮助给予衷心的感谢。 7 附录 #include \"stdio.h\" #include #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) struct worktime{ float Tb; //作业运行时刻 float Tc; //作业完成时刻 float Ti; //周转时间 float Wi; //带权周转时间 第 7 页 }; struct jcb { /*定义作业控制块JCB */ char name[10]; //作业名 float subtime; //作业提交时间 float runtime; //作业所需的运行时间 char resource; //所需资源 float Rp; //后备作业响应比 char state; //作业状态 struct worktime wt; struct jcb* link; //链指针 }*jcb_ready=NULL,*j; typedef struct jcb JCB; float T=0; void sort() /* 建立对作业进行提交时间排列函数*/ { JCB *first, *second; int insert=0; if((jcb_ready==NULL)||((j->subtime)<(jcb_ready->subtime))) /*作业提交时间最短的,插入队首*/ { j->link=jcb_ready; jcb_ready=j; T=j->subtime; j->Rp=1; } else /* 作业比较提交时间,插入适当的位置中*/ { first=jcb_ready; second=first->link; while(second!=NULL) { if((j->subtime)<(second->subtime)) /*若插入作业比当前作业提交时间短,*/ { /*插入到当前作业前面*/ j->link=second; first->link=j; second=NULL; insert=1; } 第 8 页 Else /* 插入作业优先数最低,则插入到队尾*/ { first=first->link; second=second->link; } } if (insert==0) first->link=j; } } void SJFget() /* 获取队列中的最短作业 */ { JCB *front,*mintime,*rear; int ipmove=0; mintime=jcb_ready; rear=mintime->link; while(rear!=NULL) if((rear!=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->runtime)>(rear->runtime)) { front=mintime; mintime=rear; rear=rear->link; ipmove=1; } else rear=rear->link; if (ipmove==1){ front->link=mintime->link; mintime->link=jcb_ready; } jcb_ready=mintime; } void HRNget() /* 获取队列中的最高响应作业 */ { JCB *front,*mintime,*rear; int ipmove=0; mintime=jcb_ready; rear=mintime->link; while(rear!=NULL) if ((rear!=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->Rp)<(rear->Rp)) 第 9 页

{ front=mintime; mintime=rear; rear=rear->link; ipmove=1; } else rear=rear->link; if (ipmove==1){ front->link=mintime->link; mintime->link=jcb_ready; } jcb_ready=mintime; } void input() /* 建立作业控制块函数*/ { int i,num; printf(\"\\n 请输入作业数:?\"); scanf(\"%d\ for(i=0;istate='w'; j->link=NULL; sort(); /* 调用sort函数*/ } } int space() { int l=0; JCB* jr=jcb_ready; while(jr!=NULL) { 第 10 页 l++; jr=jr->link; } return(l); } void disp(JCB* jr,int select) /*建立作业显示函数,用于显示当前作业*/ { if (select==3) printf(\"\\n 作业 服务时间 响应比 运行时刻 完成时刻 周转时间 带权周转时间 \\n\"); else printf(\"\\n 作业 服务时间 运行时刻 完成时刻 周转时间 带权周转时间 \\n\"); printf(\" |%s\\ printf(\" |%.2f\ \ if (select==3) printf(\" |%.2f \ if (j==jr){ printf(\" |%.2f\\ printf(\" |%.2f \ printf(\" |%.2f \\ printf(\" |%.2f\ } printf(\"\\n\"); } void check(int select) /* 建立作业查看函数 */ { JCB* jr; printf(\"\\n **** 当前正在运行的作业是:%s\显示当前运行作业*/ disp(j,select); jr=jcb_ready; printf(\"\\n ****当前就绪队列状态为:\\n\"); /*显示就绪队列状态*/ while(jr!=NULL) { jr->Rp=(T-jr->subtime)/jr->runtime; disp(jr,select); jr=jr->link; } destroy(); } int destroy() /*建立作业撤消函数(作业运行结束,撤消作业)*/ { printf(\"\\n 作业 [%s] 已完成.\\n\第 11 页

free(j); } void running(JCB* jr) /* 建立作业就绪函数(作业运行时间到,置就绪状态*/ { if (T>=jr->subtime) jr->wt.Tb=T; else jr->wt.Tb=jr->subtime; jr->wt.Tc=jr->wt.Tb+jr->runtime; jr->wt.Ti=jr->wt.Tc-jr->subtime; jr->wt.Wi=jr->wt.Ti/jr->runtime; T=jr->wt.Tc; } int main() /*主函数*/ { int select=0,len,h=0; float sumTi=0,sumWi=0; input(); len=space(); printf(\"\\n\1.FCFS 2.SJF 3.HRN\\n\\n请选择作业调度算法:?\"); scanf(\"%d\ while((len!=0)&&(jcb_ready!=NULL)) { h++; printf(\"\\n 执行第%d个作业 \\n\ j=jcb_ready; jcb_ready=j->link; j->link=NULL; j->state='R'; running(j); sumTi+=j->wt.Ti; sumWi+=j->wt.Wi; check(select); if (select==2&&hgetchar(); } 参考文献 [1]汤子瀛，哲凤屏.计算机操作系统[M].西安电子科技大学学出版社. [2]王清，李光明.计算机操作系统[M].冶金工业出版社. [3]孙钟秀. 操作系统教程[M]. 高等教育出版社 [4]曾明. Linux操作系统应用教程[M]. 陕西科学技术出版社. [5]张丽芬，刘利雄.操作系统实验教程[M]. 清华大学出版社. [6]孟静， 操作系统教程－－原理和实例分析[M]. 高等教育出版社. [7]周长林，计算机操作系统教程[M]. 高等教育出版社 [8]张尧学，计算机操作系统教程[M]，清华大学出版社 [9]任满杰，操作系统原理实用教程[M]，电子工业出版社

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